KR100963893B1

KR100963893B1 - 3차원 프린터

Info

Publication number: KR100963893B1
Application number: KR1020080019551A
Authority: KR
Inventors: 치카오 데츠카; 카즈토모 세키; 노부유키 오노
Original assignee: 가부시키가이샤 미마키 엔지니어링; 도쿠리츠교세이호징 고쿠리츠코토센몬갓코키코
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2010-06-18
Also published as: JP4916009B2; JP2008221495A; CN101259799B; US20080218541A1; US8104856B2; KR20080082908A; CN101259799A; EP1967373A1

Abstract

본 발명에 따른 3차원 프린터는, 3차원 형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대하여 그 표면에 원하는 인쇄를 실시한다. 베이스(1)와, 베이스상에 X축 방향으로 이동이 자유롭게 지지된 제1 지지부재(10)와, 제1 지지부재상에 Z축 방향으로 이동이 자유롭게 지지된 제2 지지부재(15)와, 제2 지지부재(15)의 원통형상 앞면(15a)에 슬라이딩 접촉하여 내부 공간상에 위치하고 Y축 방향으로 뻗은 제1 회전축(Y0)을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 지지된 제3 지지부재(20)와, 제3 지지부재상에 제1 회전축(Y0)과 내부공간상의 소정의 지점(O1)에서 직교하는 제2 회전축(X0)을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 지지되어 인쇄대상물(80)을 보유하는 보유 척(26)과, 베이스(1)상에 설치되며 인쇄대상물(80)의 위쪽을 Y축 방향으로 이동가능하게 지지한 프린터 헤드(5)를 구비한다. 그리하여, 이동제어장치에 의해 제1~ 제3 지지부재 및 보유 척의 이동 및 회전제어, 그리고 프린터 헤드(5)의 이동제어가 이루어지고, 프린트 제어장치에 의해 제어장치에 의한 이동 및 회전제어에 따라 프린터 헤드(5)로부터의 잉크토출을 제어한다.

3차원 프린터, 잉크 토출

Description

3차원 프린터{Three-Dimensional Printer}

본 발명은, 3차원 형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대하여 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 표면에 소정의 인쇄를 실시하는 3차원 프린터에 관한 것이다.

종이 등의 프린트 대상물에 문자, 도안 등을 인쇄하는 프린터 장치는 종래부터 여러 가지가 알려져 있고, 예를 들어, 컴퓨터에 연결하여 지면에 인쇄하는 프린터 장치 등은 업무용, 가정용으로서 널리 사용되고 있다. 종래의 프린터는, 프린트 대상물이 되는 종이 혹은 시트재를 소정의 방향으로 이송하면서, 프린터 헤드를 그 이송방향과 직각으로 주사(走査) 이동시키면서 인쇄를 하는 형식의 것이 일반적이었다. 예를 들어, 일본공개특허 2003-191455호 공보 및 일본공개특허 2004-148666호 공보에 기재된 프린터 장치가 있다.

이와 같은 종래의 프린터 장치는, 평면 형상의 시트재 혹은 고체물의 평면에 대하여 소정의 인쇄를 하는 것으로서 모두 2차원 인쇄를 하는 것이었으나, 최근에는 3차원 형상의 표면(예를 들어, 원통면, 구면, 그 밖의 여러 가지 곡면)을 가지는 대상물에 대하여 인쇄할 수 있는 프린터가 요구되고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 원통면, 구면, 그 밖의 여러 가지 곡면 즉, 3차원 형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대하여, 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 3차원 형상의 표면에 원하는 인쇄를 실시할 수 있는 3차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 프린터는, 3차원 형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대하여 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 표면에 소정의 인쇄를 실시하는 3차원 프린터로서, 상기 인쇄대상물을 보유하는 보유장치와, 상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를 서로 교차하는 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동 가능하게 지지하는 동시에, 상기 프린터 헤드에 대하여 상기 보유장치를 상기 X축을 중심으로 한 상대회전 및 상기 Y축을 중심으로 한 상대회전이 가능하게 지지하는 지지장치와, 상기 지지장치에 의해 지지된 상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를 상기 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동시키는 제어 및 상기 보유장치를 상기 X축 및 상기 Y축을 중심으로 하여 상대회전시키는 제어를 하는 이동제어장치와, 상기 이동제어장치에 의한 상대이동제어에 따라 상기 프린터 헤드로부터의 잉크토출을 제어하는 프린트 제어장치를 구비하고, 상기 지지장치에 있어서, 상기 상대회전중심이 되는 상기 X축 및 상기 Y축이 상기 보유장치에 의해 보유된 상기 인쇄대상물을 지나는 위치에 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 프린터에 있어서, 상기 지지장치가, 베이스 부재상에 평면 방향으로 뻗은 X축 방향으로 이동이 자유롭게 지지된 제1 지지부재와, 상기 제1 지지부재상에 상기 평면방향에 대하여 수직으로 뻗은 Z축 방향으로 이동이 자유롭게 지지된 제2 지지부재와, 상기 제2 지지부재상에 상기 X축 및 상기 Z축 방향과 직각인 Y축 방향으로 뻗은 제1 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 지지된 제3 지지부재로 구성되고, 상기 보유장치가, 상기 제3 지지부재상에 설치되며 상기 제1 회전축과 직교하는 면 안에서 인쇄대상물이 위치하는 내부공간 안을 뻗은 제2 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 지지되어 인쇄대상물을 보유하도록 구성되고, 상기 프린터 헤드가, 상기 베이스 부재상에 설치되며 상기 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물의 위쪽을 상기 Y축 방향으로 이동할 수 있게 지지되어 구성되고, 상기 제1 및 제2 회전축이 상기 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물을 지나 뻗도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 프린터에 따르면, 이동제어장치에 의해, 보유장치 및 프린터 헤드를 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동시키는 제어 및 보유장치를 X축 및 Y축을 중심으로 하여 상대회전시키는 제어를 함으로써, 보유장치에 보유된 인쇄대상물의 표면 3차원 형상에 대하여 프린터 헤드를 항상 소정의 간격을 가지고 소정의 위치관계가 되도록(즉, 프린터 헤드로부터 토출되는 잉크를 인쇄대상표면에 부착시켜 인쇄하는데 적합한 간격 및 위치관계가 되도록) 상대이동시킬 수 있으며, 이와 같이 하여 상대이동시킬 때, 프린트 제어장치에 의해 그 이동에 따라 프린터 헤드로부터의 잉크토출을 제어하면, 3차원 형상을 가진 인쇄대상물의 표면에 원하 는 프린트를 간단하고 자동적으로 할 수 있다.

또한, 이 프린터에서는, 지지장치에 있어서 보유장치를 회전이 자유롭게 지지하는 X축 및 Y축이 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물을 지나는 위치(보유장치에 의해 보유되는 인쇄대상물이 위치하는 내부공간 안)에 설치되어 있기 때문에, 인쇄대상물이 지지장치의 회전중심축 위에 위치하게 된다. 그 결과, 인쇄대상물을 자전(自轉)시키듯이 상대이동제어할 수 있으며, 인쇄대상물의 이동량(이동범위)을 줄여 지지장치를 소형 컴팩트화 할 수 있고, 프린터 헤드의 이동량을 줄여 이것도 소형 컴팩트화 할 수 있어, 프린터 전체를 소형 컴팩트화할 수 있다. 또한, 이에 따라 지지장치 및 프린터 헤드의 작동제어가 용이해진다.

이러한 구성의 구체적인 것으로서, 지지장치를, 베이스 부재상에서 X축 방향으로 이동이 자유로운 제1 지지부재와, 상기 제1 지지부재상에서 Z축 방향으로 이동이 자유로운 제2 지지부재와, 상기 제2 지지부재상에 Y축 방향의 제1 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로운 제3 지지부재로 구성하고, 보유장치가 제3 지지부재상에 제1 회전축과 직교하는 제2 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 지지되며, 프린터 헤드가 베이스 부재상에서 Y축 방향으로 이동할 수 있게 구성하고, 제1 및 제2 회전축이 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물을 지나 뻗도록 구성할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물을 지나는 제1 및 제2 회전축을 중심으로 하여 인쇄대상물을 회전시키는 상대이동을 시킬 수 있어, 인쇄대상물을 이동시키는 범위 및 프린터 헤드를 이동시키는 범위가 작아지고, 프린터를 소형 컴팩트화할 수 있으며, 그 이동제어도 용이해진다.

아래에 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 프린터 장치에서의 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물(80)과 프린터 헤드(85)와의 상대이동제어 및 인쇄제어의 개요를 설명한다. 도 1에 나타내는 인쇄대상물(80)은 원뿔대 형상의 부재로서, 그 원뿔 형상의 외표면(81)에 프린터 헤드(잉크젯 헤드)(85)로부터 잉크를 토출하여 원하는 인쇄를 할 때의 프린터의 작동원리를 도 1을 이용하여 설명한다.

상기 프린터는, 도시하지 않았지만, 인쇄대상물(80)을 지지하는 지지장치를 가지며, 상기 지지장치는, 원뿔대의 중심축(X)이 앞뒤로 뻗는 동시에 상기 축(X)을 중심으로 하여 회전이 자유롭게(화살표 A로 나타내는 회전) 인쇄대상물(80)을 지지하고, 그 상태에서 축(X)상의 지점(O1)을 지나고 축(X)과 직교하여 좌우로 뻗는 축(Y)을 중심으로 하여 인쇄대상물(80)이 자유롭게 회전하도록(화살표 B로 나타내는 회전) 지지하며, 또한 상기 인쇄대상물(80)을 X축 방향을 따라 앞뒤로 이동(화살표 D(x)로 나타내는 이동) 가능하고 또한 X축 및 Y축에 직교하여 수직으로 뻗는 Z축을 따라 위아래로 이동(화살표 D(z)로 나타내는 이동) 가능하게 지지하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 도시하지 않은 지지장치에 의해 지지된 인쇄대상물(80)의 위쪽에, 프린터 헤드가 Y축 방향으로 이동(화살표 D(y)로 나타내는 이동) 가능하게 설치되어 있다. 또한, 프린터 헤드(85)는 아랫면에 다수개의 잉크토출구멍을 가지며, 도시하지 않은 잉크공급장치로부터 공급되어 오는 잉크를 프린트 제어장치에 의해 각 잉크토출구멍마다 제어하여 토출시켜서 인쇄대상물(80)의 표면(81)에 소정 의 인쇄를 하도록 되어 있다.

이와 같이, 지지장치에 의해 지지된 인쇄대상물(80)의 원뿔 형상의 표면(81)에, 프린터 헤드(85) 아랫면의 잉크토출구멍으로부터 잉크를 토출하여 원하는 인쇄를 하기 위해서는, 잉크토출구멍을 인쇄대상물(80) 표면의 인쇄대상위치에 대향시키는 동시에 소정의 인쇄간격을 가지고 접근한 위치(잉크토출구멍으로부터 토출되는 잉크를 표면(81)에 부착시켜 인쇄하기에 최적의 간격을 가지는 위치)에 위치시켜야 한다. 또한 이 때, 인쇄대상위치의 표면에 대하여 프린터 헤드(85) 아랫면의 잉크토출구멍이 정면을 향하도록 즉, 잉크토출구멍으로부터의 잉크토출방향이 표면(81)에 대해 직교하여, 토출된 잉크가 표면(81)에 수직하게 닿도록 향하게 한다.

예를 들어, 인쇄대상물(80) 표면에서의 도시한 지점(P0)에 프린터 헤드(85)로부터 잉크를 토출하여 인쇄하기 위해서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 지점(P0) 위치에서의 표면이 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)과 소정의 인쇄간격(CL0)만큼 떨어진 위치까지 접근하고, 또한 지점(P0) 위치에서의 인쇄대상물(80)의 표면이 프린터 헤드의 아랫면(86)과 평행하도록 위치결정한다. 이 소정의 인쇄간격(CL0)은, 프린터 헤드의 아랫면(86)에 아래쪽을 향하여 형성된 다수의 잉크토출구멍으로부터 토출되는 잉크입자방울의 크기 및 속도(힘)에 따라 인쇄대상물(80)의 표면에 최적의 인쇄를 할 수 있는 간격으로서 설정된 값이다.

이 때문에 도 1에 나타내는 바와 같이, 인쇄대상물(80)을 지지한 상태로부터 인쇄대상물(80)을 X축 방향에 따라 앞뒤로 이동(화살표 D(x)로 나타내는 이동)시키는 동시에, X축을 중심으로 하여 회전(화살표 A로 나타내는 회전)시켜, 인쇄대상 점(P0)이 바로 위를 향하게 하는 동시에, 프린터 헤드(85)의 바로 아래에 위치하도록 이동시킨다. 이어서, Y축을 중심으로 하여 회전(화살표 B로 나타내는 회전)시켜 인쇄대상점(PO)을 지나는 능선(L1)이 수평하게 뻗도록 위치시키고, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 잉크구멍)이 인쇄대상점(P0)의 바로 위에 위치하도록 프린터 헤드(85)를 Y축 방향으로 이동(화살표 D(y)로 나타내는 이동)시키며, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 잉크구멍)이 인쇄대상점(P0)과 소정의 인쇄거리만큼 떨어진 접근위치에 위치하도록 Z축에 따라 위쪽으로 이동(화살표 D(z)로 나타내는 이동)시킨다. 한편, 이러한 이동 및 회전의 순서는 인쇄대상물(80)과 프린터 헤드(85)가 간섭하지 않는 한 어떠한 순서로 하여도 된다.

이와 같은 이동을 실행할 때, 인쇄대상물(80)은 X축 및 Y축을 중심으로 하여 회전되는데, 이 회전중심축(X, Y)들은 상술한 바와 같이 지점(O1)을 지난다. 여기서, 지점(O1)은 지지장치에 의해 지지된 인쇄대상물(80)의 내부에 위치하도록 설정되어 있으며, 그 결과 인쇄대상물(80)은 지점(O1)을 지나는 X축 및 Y축을 중심으로 하여 자전하듯이 회전하게 된다. 이 때문에, 상술한 바와 같이 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)과 소정의 인쇄거리를 유지하여 대향시킨 상태를 유지하며 인쇄대상물(80)을 상대이동시키는 제어를 하였을 때, 인쇄대상물(80)의 이동범위가 작아, 이것을 지지하는 지지장치를 소형 컴팩트하게 구성할 수 있다. 마찬가지로, 프린터 헤드(85)의 이동범위도 작아져, 이것을 소형 컴팩트화할 수 있으며, 프린터 장치의 전체 구성을 소형 컴팩트하게 할 수 있다.

이와 같이 하여, 예를 들어 도 5에 도시하는 바와 같이, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 노즐구멍)이 인쇄대상점(P0)과 소정의 인쇄거리(CL0)만큼 떨어지고 또한 서로 정면을 향하여 대향하는 위치에 위치한 상태에서, 프린터 헤드(85) 아랫면(86)의 노즐구멍으로부터 프린트 제어장치에 의한 제어에 근거하여 도 5에서 화살표로 나타내는 바와 같이 잉크가 토출되어, 지점(P0)에 따른 범위(지점(P0)을 지나는 능선(L1)에 따른 범위)에 대한 인쇄가 이루어진다. 그리고 예를 들어, 인쇄대상물(80) 표면에서의 둘레방향에 따라 인쇄를 하기 위해서는, 인쇄대상물(80)의 외표면에서의 둘레방향에 따르는 지점(P1, P2, P3…)이, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 노즐구멍)과 소정의 인쇄거리(CL0)만큼 떨어져서 정면을 향하여 대향하는 위치관계를 유지하면서, 상술한 지지장치에 의한 인쇄대상물(80)의 지지위치를 변경하면서 프린트 제어장치에 의해 제어하여 잉크를 토출시킨다.

이러한 경우, 인쇄대상물(80)이 상술한 바와 같이 원뿔대 형상이면, 도 5에 나타내는 바와 같이 프린터 헤드(85)의 다수의 잉크토출구멍이 개구하는 아랫면(86)을 능선(L1)에 따라 평행하게 뻗는 동시에 소정의 인쇄거리(CL0)만큼 떨어진 위치관계를 유지하면서 모든 잉크토출구멍으로부터 잉크를 토출시키는 제어가 이루어진다. 이에 의해, 능선(L1)에 따르며 프린터 헤드(85)의 폭에 대응하는 넓은 범위내에서 양호하게 인쇄를 할 수 있다.

하지만, 도 6에 나타내는 바와 같이, 인쇄대상물(80')의 표면(81')이 곡면형상인 경우에는, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)과 대향하는 부분의 표면(L2)과 아랫 면과의 간격이 일정하지 않고 변동한다. 이러한 경우, 아랫면(86)의 모든 범위에서 소정의 인쇄거리(CL0)로 하는 설정이 불가능한 경우도 많다. 그래서, 이와 같은 경우에는, 소정의 인쇄거리(CL0)의 허용범위내 즉, CL1(=CL0-α) ~ CL2(=CL0+α)의 범위내에 프린터 헤드(85)의 아랫면 중앙부가 대향하는 부분을 위치시키고, 이 범위내에 들어오는 부분에 대향하는 노즐영역에서만 잉크를 토출시키는 제어가 이루어진다. 예를 들어, 도 6에 나타내는 바와 같이, 프린터 헤드(85)에 대하여 인쇄대상물(80')을 위치결정 설정한 상태에서, 그 표면(81')이 소정의 인쇄거리(CL0)의 허용범위(CL1~CL2) 안에 들어오는 부분과 대향하는 프린터 헤드(85)의 아랫면 영역(A1) 안에서만 잉크토출노즐로부터 잉크를 토출시키고, 그 양측영역(B1, B2)으로부터는 잉크를 토출시키지 않는 제어가 이루어진다. 이에 의해, 인쇄대상물(80')의 표면에 최적의 인쇄를 할 수 있는 인쇄거리에 있는 부분에만 인쇄를 하게 되어, 인쇄품질을 떨어뜨리지 않고 양호하게 인쇄를 제어할 수 있다.

한편, 이와 같은 인쇄거리의 허용범위내에서의 잉크토출을 제어하는 대신, 소정의 인쇄거리(CL0)의 허용범위(CL1~CL2)로부터 벗어나는 영역(B1, B2)에 대해서는 실제 거리에 따라 잉크토출량이나 속도를 제어하여, 이 영역(B1, B2)으로부터의 잉크토출에 의한 인쇄품질이 떨어지지 않도록 하여도 된다. 예를 들어, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 잉크토출량을 증가시키거나 잉크토출속도를 증가시켜, 거리가 멀어지는 영향을 없애고 인쇄품질을 유지하도록 제어된다.

이상 설명한 작동원리에 근거하여, 3차원 프린트를 하기 위한 구체적인 프린 터 장치 구성을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 상기 프린터 장치에서는, 베이스(1) 위에 좌우 한 쌍의 지지다리(2a, 2b) 및 이 지지다리(2a, 2b)의 상단을 연결하여 좌우로 뻗은 지지판(2c)으로 이루어지는 문형(門型) 지지프레임(2)이 설치되어 있다. 또한, 오른쪽 지지다리(2b)에 인접하여 조작보드(6a)를 가지는 제1 제어장치(6)가 설치되고, 왼쪽 지지다리(2a)에 인접하여 유지보수영역(8)을 가지는 제2 제어장치(7)가 설치되어 있다. 또한, 제1 제어장치(6) 및 제2 제어장치(7)는 후술하는 각종 부재의 이동 및 회전작동을 제어하는 이동제어장치, 프린터 헤드로부터의 잉크토출을 제어하는 프린트 제어장치나 전원제어장치 등의 각종 제어장치로 이루어진다.

지지판(2c)의 윗면에 앞뒤 한 쌍의 좌우 가이드 레일(3a, 3b)이 좌우방향(Y축 방향)으로 뻗어 설치되어 있고, 그 위에 좌우로의 이동이 자유롭게(화살표 D(y) 방향으로 이동이 자유롭게) 프린터 헤드 캐리지(4)가 설치되어 있다. 상기 프린터 헤드 캐리지(4)를 좌우로 이동시키기 위하여 볼나사기구 등의 이송기구가 설치되어 있고, 그 구동제어에 의해 프린터 헤드 캐리지(4)의 좌우방향으로의 이동을 제어할 수 있다. 한편, 이와 같은 이송기구는 주지이므로, 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

프린터 헤드 캐리지(4)는, 좌우 가이드 레일(3a, 3b)에 의해 지지되는 부분으로부터 앞쪽으로 뻗고 아래쪽으로 구부러지는 동시에 앞쪽으로 뻗어, 측면에서 보았을 때 크랭크(crank) 형상인 부재로서, 앞끝부분(4a) 위에 복수개의 프린터 헤드 모듈(5)이 설치되어 있다. 프린터 헤드 모듈(5)은 잉크젯 헤드 모듈이라고도 불 리며, 아랫면에 다수개의 잉크토출구멍이 형성되어 있고, 예를 들어, 각 모듈은 각각 색이 다른 잉크를 잉크토출구멍으로부터 토출하도록 구성되어 있다. 상기 잉크의 토출제어는 프린트 제어장치에 의해 각 잉크토출구멍마다 이루어지는데, 그것에 대해서는 종래부터 주지의 구성이기 때문에 설명은 생략한다. 또한 본 명세서에 있어서, 프린터 헤드 모듈(5) 단독체는, 혹은 프린터 헤드 캐리지(4)에 프린터 헤드 모듈(5)이 탑재된 프린터 헤드 캐리지(4)는, 청구범위에서 규정하는 프린터 헤드에 해당한다.

이와 같이, 프린터 헤드 모듈(5)이 탑재된 프린터 헤드 캐리지(4)는 좌우 가이드 레일(3a, 3b) 위를 좌우로 이동할 수 있는데, 도 2에 나타내는 바와 같이 왼쪽 끝부분에 위치한 상태에서 유지보수영역(8)이 위로 움직여 프린터 헤드 모듈(5)의 아랫면에 있는 잉크토출구멍의 건조방지 및 청소가 이루어지도록 되어 있다.

베이스(1) 위에 문형 지지프레임(2)의 좌우 지지다리(2a, 2b) 사이에 위치하여 앞뒤 방향(X축 방향)으로 뻗은 한 쌍의 앞뒤 가이드 레일(1a, 1b)이 설치되어 있고, 상기 앞뒤 가이드 레일(1a, 1b) 위에 앞뒤로 이동이 자유롭게(화살표 D(x) 방향으로 이동이 자유롭게) 제1 지지부재(10)가 설치되어 있다. 상기 제1 지지부재(10)를 앞뒤로 이동시키기 위하여 볼나사기구 등의 이송기구가 설치되어 있고, 그 구동제어에 의해 제1 지지부재(10)의 앞뒤방향으로의 이동을 제어할 수 있다. 이와 같은 이송기구는 주지의 것이기 때문에 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

제1 지지부재(10) 위에 수직으로 세워진 상태로 수직 지지부재(11)가 설치되어 있고, 상기 수직 지지부재(11)의 앞면에 수직방향(Z방향)으로 뻗은 한 쌍의 상 하 가이드 레일(12a, 12b)이 설치되어 있다. 상기 상하 가이드 레일(12a, 12b)에 지지되어서 위아래로 이동이 자유롭게(화살표 D(z) 방향으로 이동이 자유롭게) 제2 지지부재(15)가 설치되어 있다. 상기 제2 지지부재(15)를 위아래로 이동시키기 위하여 볼나사기구 등의 이송기구가 설치되어 있고, 그 구동제어에 의해 제2 지지부재(15)의 상하방향으로의 이동을 제어할 수 있다. 이와 같은 이송기구는 주지이므로 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

제2 지지부재(15)의 앞면(15a)은, 제2 지지부재(15)에 대하여 결정되는 소정의 지점(O1)(후술하는 바와 같이, 인쇄대상물(80)이 위치할 수 있는 위치에 설정된 지점)을 지나 Y축 방향으로 뻗은 제1 회전축(YO)을 중심으로 하는 원통면 형상으로 형성되어 있고, 상기 원통면 형상의 앞면(15a)에 접합하는 원통면 형상의 뒷면(20a)을 가지는 제3 지지부재(20)가 앞면(15a)에 따라 슬라이딩 이동이 자유롭게 설치되어 있다. 즉, 제3 지지부재(20)의 원통형상 뒷면(20a)이 제2 지지부재(15)의 원통형상 앞면(15a)과 슬라이딩 접촉하여 이동가능하고, 이에 의해 제3 지지부재(20)는 제2 지지부재(15)에 대하여 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전(화살표 B로 나타내는 회전)이 자유롭게 지지된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 제3 지지부재(20)의 회전중심이 되는 제1 회전축(Y0)을 제3 지지부재(20) 내부의 공간상에 위치시킬 수 있으며, 그 공간안에서 인쇄대상물(80)을 지지할 수 있다. 즉, 제1 회전축(Y0)이 인쇄대상물(80)을 지나는 위치에 설치되게 된다.

이와 같이 지지한 제3 지지부재(20)를 제2 지지부재(15)에 대하여 제1 회전축(Y0)을 중심으로 하여 회전이동시키기 위하여, 제3 지지부재(20)의 도 2에서의 좌측부의 앞면에 제1 회전축(YO)을 중심으로 한 내부 톱니바퀴(21)가 형성되어 있다. 그리고, 제2 지지부재(15) 좌측부의 앞면에 구동모터(16)가 설치되고, 그 구동모터(16)의 구동 샤프트에 설치된 구동 피니언(pinion)(17)이 내부 톱니바퀴(21)와 맞물려 있다. 때문에, 구동모터(16)에 의해 구동 피니언(17)을 회전구동시키면, 그것과 맞물린 내부 톱니바퀴(21)가 회전구동되어, 제3 지지부재(20)를 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전시킬 수 있다.

제3 지지부재(20)의 앞면쪽에 보유 샤프트(25)가 앞뒤 방향(X축 방향)으로 뻗는 동시에, 상기 소정의 지점(O1)을 지나는 제2 회전축(XO)을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 설치되어 앞쪽으로 돌출되어 있고, 그 앞끝에 인쇄대상물을 보유하는 보유 척(chuck)(26)이 설치되어 있다. 보유 샤프트(25)는 제3 지지부재(20)의 내부에 설치된 구동모터(도시하지 않음)에 의해 회전구동이 제어되도록 되어 있으며, 보유 척(26)은 인쇄대상물(80)을 보유할 수 있는 구성을 가지고 있다. 때문에, 보유 척(26)에 의해 인쇄대상물(80)을 보유한 상태에서 보유 샤프트(25)를 회전구동시키면, 인쇄대상물(80)을 제2 회전축(XO)을 중심으로 하여 회전시킬 수 있도록 되어 있다. 이로부터 알 수 있듯이, 제2 회전축(X0)도 인쇄대상물(80)을 지나는 위치에 설치되어 있다.

상기 보유 샤프트(25) 및 보유 척(26)에 의해 청구범위에서 규정하는 보유장치가 구성된다. 또한 상술한 바와 같이, 제3 지지부재(20)는 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전이 자유롭기 때문에, 제3 지지부재(20)가 소정의 회전위치(도 3에 나타내는 회전위치)에 위치하였을 때 제2 회전축(XO)은 앞뒤 방향(X축 방향)으로 뻗는데, 제3 지지부재(20)의 회전위치에 따라 제2 회전축(XO)은 위아래로 흔들린다. 이에 의해, 인쇄대상물(80)은 자전하듯이 움직이게 된다. 또한, 도시하는 바와 같이, 제1 회전축(YO) 및 제2 회전축(XO)은 모두 소정의 지점(O1)을 지나서 서로 교차하고 있는데, 이는 교차하지 않고 어긋나 있어도 된다. 다만, 교차하고 있는 쪽이 인쇄대상물(80)의 위치연산이 쉽기 때문에, 이동제어장치에 의한 이동제어가 간단하다.

이상과 같은 구성의 프린터 장치에 있어서, 보유 샤프트(25)의 회전중심이 되는 제2 회전축(XO)이 도 1에 나타내는 작동원리구성에서의 X축에 해당하고, 제3 지지부재(20)의 회전중심이 되는 제1 회전축(YO)이 도 1의 작동원리구성에서의 Y축에 해당한다. 상기 제3 지지부재(20)를 지지하는 제2 지지부재(15)는 제1 지지부재(10)에 의해 Z축 방향(상하 방향)으로 이동(화살표 D(z)로 나타내는 이동) 가능하게 지지되고, 제1 지지부재(10)는 베이스(1) 상에 X축 방향(앞뒤 방향)으로 이동(화살표 D(x)로 나타내는 이동) 가능하게 지지되어 있다. 또한, 프린터 헤드는 인쇄대상물(80)의 위쪽에 있어서 베이스(1)에 대하여 Y축 방향(좌우 방향)으로 이동(화살표 D(y)로 나타내는 이동) 가능하게 지지되어 있다. 즉, 도 1에 나타내는 작동원리와 동일한 작동을 할 수 있도록 구성되어 있다.

이로부터 알 수 있듯이, 도 2 내지 도 4에 나타내는 구성의 프린터 장치에 따르면, 도 1을 사용하여 설명한 작동원리에 근거하여, 인쇄대상물(80)의 표면(81)에 프린터 헤드 모듈(5)의 아랫면에 형성된 잉크토출구멍으로부터 잉크를 토출부착시켜 원하는 인쇄를 할 수 있다. 한편, 도 1에서는 원뿔대 형상의 인쇄대상물(80) 의 원뿔 형상 표면에 인쇄를 하는 예를 나타내었는데, 인쇄대상물의 형상은 이것으로 한정되지 않고, 원통면, 구면을 포함하는 임의의 곡면형상에 대한 인쇄가 가능하다. 이와 같은 경우, 그 곡면형상에 따라 프린터 헤드의 다수의 노즐 중, 사용하는 노즐영역을 변경설정하거나, 노즐로부터 토출되는 잉크의 토출량이나 토출속도를 제어하여, 곡면의 형상에 상관없이 양호한 인쇄품질을 얻도록 토출제어가 이루어진다.

이 프린터 장치에서는 제1 회전축(Y0) 및 제2 회전축(X0)이 모두 소정의 지점(O1)을 지나 서로 교차하고 있는데, 소정의 지점(O1)은 보유 척(26)에 의해 보유된 인쇄대상물(80)을 지나는 위치 즉, 장치의 내부 공간상에 위치하고 있다. 이 때문에, 제3 지지부재(20)를 제1 회전축(Y0)을 중심으로 하여 회전시키고, 보유 척(26)을 제2 회전축(XO)을 중심으로 하여 회전시키는 제어를 하면, 인쇄대상물(80)은 소정의 지점(O1)을 중심으로 하여 자전하는 이동이 되어, 그 이동범위를 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 프린터 장치의 구성을 소형 컴팩트화할 수 있으며, 그 작동제어도 용이해진다.

도 1은 본 발명에 따른 프린터의 작동원리를 설명하는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린터 장치의 정면도이다.

도 3은 상기 프린터 장치의 측면도이다.

도 4는 상기 프린터 장치의 일부를 도시한 사시도이다.

도 5는 상기 프린터 장치에서의 프린터 헤드와 인쇄대상물의 관계를 나타내는 개략측면도이다.

도 6은 인쇄대상물 표면이 곡면형상인 경우에 프린터 헤드로부터의 잉크토출제어를 설명하기 위한 개략측면도이다.

**부호의 설명**

1: 베이스 2: 문형 지지프레임

4: 프린터 헤드 캐리지 5: 프린터 헤드 모듈

10: 제1 지지부재 15: 제2 지지부재

20: 제3 지지부재 26: 보유 척

80: 인쇄대상물

Claims

3차원 형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대하여 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 표면에 소정의 인쇄를 실시하는 3차원 프린터로서,

상기 인쇄대상물을 보유하는 보유장치와,

상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를 서로 교차하는 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동 가능하게 지지하는 동시에, 상기 프린터 헤드에 대하여 상기 보유장치를 상기 X축을 중심으로 한 상대회전 및 상기 Y축을 중심으로 한 상대회전이 가능하게 지지하는 지지장치와,

상기 지지장치에 의해 지지된 상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를 상기 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동시키는 제어 및 상기 보유장치를 상기 X축 및 상기 Y축을 중심으로 하여 상대회전시키는 제어를 하는 이동제어장치와,

상기 이동제어장치에 의한 상대이동제어에 따라 상기 프린터 헤드로부터의 잉크토출을 제어하는 프린트 제어장치를 구비하고,

상기 지지장치에 있어서, 상기 상대회전중심이 되는 상기 X축 및 상기 Y축이 상기 보유장치에 의해 보유된 상기 인쇄대상물을 지나는 위치에 설치되어 있으며,

상기 지지장치가, 베이스 부재상에 평면방향으로 뻗은 X축 방향으로 이동이 자유롭게 지지된 제1 지지부재와, 상기 제1 지지부재상에 상기 평면방향에 대하여 수직으로 뻗은 Z축 방향으로 이동이 자유롭게 지지된 제2 지지부재와, 상기 제2 지지부재상에 상기 X축 및 상기 Z축 방향과 직각인 Y축 방향으로 뻗은 제1 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 지지된 제3 지지부재로 구성되고,

상기 보유장치가, 상기 제3 지지부재상에 설치되며 상기 제1 회전축과 직교하는 면 안에서 인쇄대상물이 위치하는 내부공간 안을 뻗은 제2 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유롭게 지지되어 인쇄대상물을 보유하도록 구성되고,

상기 프린터 헤드가, 상기 베이스 부재상에 설치되며 상기 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물의 위쪽을 상기 Y축 방향으로 이동할 수 있게 지지되어 구성되고,

상기 제1 및 제2 회전축이 상기 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물을 지나 뻗도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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